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Physik

Das Stromnetz: Bausteine und Zusammenspiel

Das Stromnetz verbindet Kraftwerke und Verbraucher. Es besteht aus Ebenen mit verschiedener Spannung. Erzeugung und Verbrauch müssen zu jedem Zeitpunkt zusammenpassen.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann die Netzebenen und ihre Bausteine nennen.
  • Ich kann erklären, warum Erzeugung und Verbrauch gleich sein müssen.
  • Ich kann das Windungsverhältnis berechnen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Hochspannung: warum Strom so übertragen wird, Der Transformator: Spannung umwandeln

Das Stromnetz hat mehrere Ebenen. Große Kraftwerke speisen in die Höchstspannung mit 220 kV oder 380 kV ein. Sie überträgt Strom über weite Strecken. Umspannwerke senken die Spannung auf die Hochspannung von etwa 110 kV. Weitere Transformatoren senken sie auf die Mittelspannung von etwa 10 bis 30 kV für Städte und große Betriebe. Ortsnetzstationen wandeln sie auf die Niederspannung von 230 V und 400 V um. Dort hängen die Haushalte. Beispiel: Eine Ortsnetzstation senkt 20 000 V auf 400 V. Das Verhältnis der Windungen der Spulen ist 20 000 : 400 = 50. Zum Netz gehören Freileitungen, Erdkabel, Schaltanlagen, Zähler und Hausanschlüsse. Strom kann man im Netz kaum speichern. Darum muss die erzeugte Leistung zu jedem Zeitpunkt zum Verbrauch passen. Das Zeichen dafür ist die Netzfrequenz von 50 Hz. Wird mehr verbraucht als erzeugt, sinkt sie leicht. Wird mehr erzeugt, steigt sie. Dann regeln Kraftwerke und Speicher nach. Das europäische Verbundnetz hilft, Schwankungen auszugleichen. Heute speisen auch viele kleine Anlagen wie Solardächer ein. Das macht das Zusammenspiel anspruchsvoller.

Netzebenen.
NetzebeneSpannung (etwa)Aufgabe
Höchstspannung220 kV und 380 kVweite Strecken, Verbund
Hochspannung110 kVregionale Verteilung
Mittelspannung10 bis 30 kVStädte, große Betriebe
Niederspannung230 V und 400 VHaushalte

Windungsverhältnis berechnen

  1. Gegeben: Eingang 20 000 V, Ausgang 400 V.
  2. Verhältnis der Windungen = U₁ : U₂.
  3. 20 000 : 400 = 50.
  4. Die Primärspule hat 50-mal so viele Windungen wie die Sekundärspule.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Große Kraftwerke speisen bei Höchstspannung ein.

Transformatoren senken die Spannung.

Im Haus kommen 230 V an.

Ein Beispiel

Beispiel

Das Netz gleicht einer Wippe: Auf der einen Seite die Erzeugung, auf der anderen der Verbrauch. Beide müssen im Gleichgewicht bleiben.

Schritt für Schritt

Du folgst dem Strom durch das Netz.

  1. Beginne bei der Höchstspannung.
  2. Gehe über die Hochspannung.
  3. Dann Mittelspannung.
  4. Zum Schluss die Niederspannung.

Mit einem Bild erklärt

StationSpannung davorSpannung danach
Umspannwerk380 kV110 kV
Weitere Umspannung110 kV20 kV
Ortsnetzstation20 kV400 V

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Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Wie hoch ist die Spannung in der Steckdose zu Hause etwa?
Zeig mir den ersten Schritt

Welche Ebene liegt am Haus an?

Lösung ansehen

Lösung: 230 V

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Eine Ortsnetzstation senkt 20 000 V auf 400 V. Wie groß ist das Verhältnis der Windungen (Primär : Sekundär)?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 20 000 durch 400.

Lösung ansehen

Lösung: 50

20 000 : 400 = 50.

Tipp: Verfolge den Strom vom Kraftwerk zum Haushalt: Er geht über jede Ebene und durch Transformatoren.

Merksatz: Netzebenen: Höchst-, Hoch-, Mittel-, Niederspannung. Erzeugung = Verbrauch. Zeichen: Netzfrequenz 50 Hz.

Typischer Fehler: Viele denken, das Netz speichere Strom wie ein Tank. Im Netz ist kaum Speicher. Die Erzeugung muss laufend dem Verbrauch folgen.

Prüfen

Mini-Quiz

4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Wozu dienen die Umspannwerke?
Lösung ansehen

Lösung: Sie wandeln die Spannung zwischen den Netzebenen um.

Frage 2 Die erzeugte Leistung muss zu jedem Zeitpunkt zum Verbrauch passen.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt

Frage 3 Was zeigt die Netzfrequenz an?
Lösung ansehen

Lösung: ob Erzeugung und Verbrauch zusammenpassen

Frage 4 Wie viele Netzebenen nennt die Lektion (Höchst-, Hoch-, Mittel-, Niederspannung)?

Zeig mir den ersten Schritt

Zähle die Ebenen.

Lösung ansehen

Lösung: 4

Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung, Niederspannung: 4 Ebenen.

Geschafft

Das Netz besteht aus Ebenen, die Transformatoren verbinden. Erzeugung und Verbrauch müssen gleich sein. Die Netzfrequenz zeigt, ob das stimmt.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Vom Kraftwerk zur Steckdose

Kurz erklärt, 51 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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